1实验课程设计原则
我国航天科技领域飞速发展，对具备空间辐射效应与防护相关专业知识以及实践能力的航天科技人才培养需求非常迫切。然而空间辐射效应与防护实验开设存在严重困难，团队依托相关的教学、科研平台和成果，自主研发了空间辐射效应与防护虚拟仿真实验，设计原则为：
（1）遵循了“学生为中心、问题导向、创新实践”的实验教学理念，合理运用了探究式、任务驱动式、项目导向、探索学习等教学方法，激发学生的学习兴趣，培养学生的工程素质。
（2）遵循学生由浅入深的学习规律，遵循从简单到复杂，从点到面的认知规律，构建了“基础认知-探究学习-探索应用”三个层次递进、环环相扣的教学实验环节。
（3）拓展了实验教学的深度和广度，具有两性一度的金课特征。实验要求学生综合采用相关的基础知识和技能解决航天工程实践的可靠性设计问题，具有高阶性；实验结合了航天工程前沿，采用最新的工程模型和探测数据，采用三维立体虚拟仿真的形式展开教学，学生通过探究性学习实现个性化实验设计，具有创新性；实验与前沿科学技术相融合，实验内容具备综合性和探索创新性内容，且实验涉及空间物理、粒子物理、半导体、材料等不同学科专业知识，体现了学科的交叉性，对学生来说，对不同专业和层次的学生具有不同的挑战性。
（4）实验将航天精神课程思政贯穿始终，实施立德树人。实验中，通过努力学习，获取各个环节的成绩，培养了学生自主学习、不断探索的精神。通过航天工程前沿知识的应用，让同学们感悟国家航天的发展，领悟航天工程师的品格。
一、 实验课程目标
本实验根据《空间环境学》、《航天工程概论》等课程大纲及关键知识点，结合航天工程应用背景，构建了面向航天任务的空间辐射环境可靠性设计虚拟仿真实验，以卫星在空间辐射环境中面临辐射效应-风险评估-防护设计为主线，开展实验，达到以下实验目的：
（1）掌握空间辐射环境特征、空间辐射效应原理，提高学生掌握相关专业基础知识能力水平。
（2）掌握在轨卫星空间辐射效应的计算方法，掌握辐射效应随参数的变化规律，培养学生探究能力、思考总结能力和自主学习能力。
（3）掌握对卫星失效实际案例的重新优化设计及对卫星任务自由探索设计，培养学生探索创新和动手实践能力。
实验在传授知识的基础上，利用计算机信息化、虚拟现实等手段弥补现有学科在实验实践条件上的不足，拓展教学的深度和广度，提升了教学效果，对标人才培养目标。同时在实验中融合了立德树人和课程思政元素，实现学生培养的素养目标，于高水平的航天科学与技术领域人才培养具有重要意义。课程通过实验提升学生专业知识和实践能力，培养学生专业知识应用、专业技能和专业素养。
3实验重点与难点
本实验项目围绕空间辐射效应与防护开展，通过提供逼真的三维空间六自由度虚拟仿真实验环境，将日地空间的真实辐射背景，卫星任务的设计实施工程实践融入实验项目，使学生能够直观的认知空间辐射环境、效应与防护的关键专业知识，填补课程实验的空白。同时通过实验培养学生探索探究能力、创新拓展能力，有助于培养学生实事求是的精神、严肃认真的科学态度。
实验流程、内容、教学目的和方法如下表所示，指导教师可根据环节内容和教学方法指导学生完成。实验的重点在于让学生有风险评估和防护设计的总体思路和方法，培养学生的总结分析和探索创新能力。整个实验的难点在于：
1、 在第二环节规律性探究中，学生要对辐射效应规律的总结和风险评估部分，学生要掌握效应随对应参数的变化趋势和极值（高风险位置）。
2、 在第三环节的设计中，要引导学生利用第二环节的数据开展分析，引导学生根据五芒星的分数优化设计。
实验分为三个阶段，依次引导学生完成，注意每个阶段采用的实验方法，如下图所示。
5成绩考核
本实验针对考核点设计了实验成绩评价模型。以该模型为基础，系统可分别针对学生3个实验环节的完成情况自动评分。实验总分为100分，每个环节分别占20%，48%和32%。每个实验环节的实验成绩评价标准如下：
1、“空间辐射与效应原理”环节（占总成绩20%）
（1）空间辐射环境及效应学习（10分）
1）效应学习（8分）
完成所有效应学习部分，满分8分，遗漏一项扣2分（每种效应占两分）。
2）环境学习（2分）
完成效应关联以外的三种或者两种环境的学习，满分2分，遗漏一项扣1分（即，只学一种则只得一分，不学习则不得分）。
（2）环节考核（10分）
题库随机给出5道题目，每道题2分。每道回答正确则满分（2分），回答错误则不得分（0分）。
2、“空间辐射效应规律与风险评估”环节（占总成绩48%）
（1）卫星轨道及屏蔽（30分）
1）不同轨道高度条件下的辐射环境及辐射效应曲线（10分）
①计算不同高度条件下的辐射环境曲线，设计合理的轨道高度（输入的五个轨道高度需将低、中、高轨全部涵盖），满分4分；否则只得2分（部分涵盖）。
②计算不同高度条件下的辐射效应曲线，由于效应值取决于上一条的轨道高度，因此，此条得分和上一条一致，满分4分，轨道设计没有将低、中、高轨全部涵盖的话则只得2分。
③查看实验记录，满分2分，若对结果不满意，对轨道又进行了重新优化设计，则上两步重新计分，不查看不得分。
2）不同倾角条件下的辐射环境及辐射效应曲线（10分）
①计算不同倾角条件下的辐射环境曲线，设计合理的倾角（输入的五个倾角需将低、中、高纬全部涵盖），满分4分；否则只得2分（部分涵盖）。
②计算不同高度条件下的辐射效应曲线，由于效应值取决于上一条的倾角，因此，此条得分和上一条一致，满分4分，倾角设计没有将低、中、高纬全部涵盖的话则只得2分。
③查看实验记录，满分2分，若对结果不满意，对倾角进行了重新优化设计，则上两步重新计分，不查看不得分。
3）不同屏蔽厚度下的辐射环境及辐射效应曲线（10分）
①选择前面计算的一条轨道，设计合理的屏蔽厚度（输入的五个屏蔽厚度需将宇航服级别、舱壁级别、防太阳风级别的三种级别全部涵盖），满分4分；否则只得2分（部分涵盖）。
②计算不同屏蔽厚度下的辐射效应曲线，由于效应值取决于上一条的屏蔽厚度，因此，此条得分和上一条一致，满分4分，屏蔽厚度没有将宇航服级别、舱壁级别、防太阳风级别全部涵盖的话则只得2分。
③查看实验记录，满分2分，若对结果不满意，对屏蔽厚度进行了重新优化设计，则上两步重新计分，不查看不得分。
（2）星上器件及材料（18分）
1）正确完成两次或者两次以上不同的运行（器件或者材料至少更改一次），则得满分8分，只运行一次则得4分，不运行不得分。
2）由于效应值及变化规律取决于上一条的器件和材料，因此，此条得分和上衣条一致，满分8分，只运行一次则得4分，不运行不得分。
3）查看实验记录，满分2分，若对结果不满意，对屏蔽厚度进行了重新优化设计，则上两步重新计分，不查看不得分。
3、“空间辐射效应防护实践设计”环节（占总成绩32%）
（1）卫星失效任务实践（12分）
1）太阳活动参数和任务详情查看，满分2分，遗漏一项扣1分。
2）根据成功或者失败得分，满分8分，失败则得3分。若成功，详细分数评定如下：根据五星图给分（五星图按25分制算）。五星图1-5分，则该实验步骤给4分；五星图6-10分，则该实验步骤给5分；五星11-图15分，则该实验步骤给6分；五星图16-20分，则该7分；五星图21-25分，则该实验步骤给8分（满分）。
3）查看实验记录，满分2分，若对结果不满意，对倾角进行了重新优化设计，则上两步重新计分，不查看不得分。
2）卫星场景任务设计（20分）
1）领取某个任务后，先进行轨道设计。近地点、远地点、倾角、寿命在任务要求范围内，则各得1分（满分共4分），否则不满足项分别扣1分。
2）器件设计，根据成功或者失败得分，满分14分，失败则得6分。若成功，详细分数评定如下：根据五星图赋分（五星图按25分制算）。五星图1-5分，则该实验步骤给10分；五星图6-10分，则该实验步骤给11分；五星图11-15分，则该实验步骤给12分；五星图16-20分，则该13分；五星图21-25分，则该实验步骤给14分（满分）。
3）查看实验记录，满分2分，若对结果不满意，对屏蔽厚度进行了重新优化设计，则上两步重新计分，不查看不得分。
